NEK: od prošlosti do danas
Nuklearna elektrana je poduzeće koje je kombinacija opreme i postrojenja za proizvodnju električne energije. Specifičnost ove instalacije leži u načinu dobivanja topline. Temperatura potrebna za stvaranje električne energije nastaje u procesu raspada atoma.
Uloga goriva za nuklearne elektrane najčešće se odvija uranijom s masenim brojem 235 (235U). Upravo zato što je ovaj radioaktivni element sposoban podržati nuklearnu lančanu reakciju, koristi se u nuklearnim elektranama i koristi se u nuklearnom oružju.
Zemlje s najvećim brojem nuklearnih elektrana
Danas postoji 192 nuklearne elektrane koje djeluju u 31 zemlji svijeta, koristeći 451 nuklearni reaktor s ukupnim kapacitetom od 394 GW. Velika većina nuklearnih elektrana nalazi se u Europi, Sjevernoj Americi, Dalekom istoku i na području bivšeg SSSR-a, dok u Africi gotovo da i nema, au Australiji i Oceaniji nema ih uopće. Još 41 reaktor nije proizvodio električnu energiju od 1,5 do 20 godina, a 40 ih je u Japanu.
Tijekom proteklih 10 godina u svijetu je pušteno u pogon 47 energetskih jedinica, gotovo svi se nalaze u Aziji (26 u Kini) ili u istočnoj Europi. Dvije trećine reaktora koji se trenutno grade nalaze se u Kini, Indiji i Rusiji. Kina provodi najambiciozniji program za izgradnju novih nuklearnih elektrana, desetak više zemalja diljem svijeta grade NE ili razvijaju projekte za njihovu izgradnju.
Osim SAD-a, popis najnaprednijih zemalja u području nuklearne energije uključuje:
- Francuska;
- Japan;
- Rusija;
- Južna Koreja.
Godine 2007. Rusija je počela graditi prvu plutajuću nuklearnu elektranu na svijetu, čime je mogla riješiti problem nestašice energije u udaljenim obalnim područjima zemlje.[12], Izgradnja je bila zakašnjela. Prema različitim procjenama, prva plutajuća nuklearna elektrana će raditi 2018.-2019.
Nekoliko zemalja, uključujući Sjedinjene Države, Japan, Južnu Koreju, Rusiju, Argentinu, razvijaju mini-nuklearne elektrane s kapacitetom od oko 10-20 MW za potrebe opskrbe toplinom i električnom energijom pojedinih industrija, stambenih kompleksa, au budućnosti i pojedinačnih kuća. Pretpostavlja se da se mali reaktori (vidi npr. Hiperion NPP) mogu stvoriti korištenjem sigurnih tehnologija koje opetovano smanjuju mogućnost curenja nuklearne tvari[13], U Argentini je u tijeku izgradnja jednog reaktora CAREM25. Prvo iskustvo korištenja mini-nuklearnih elektrana dobilo je SSSR (Bilibino NPP).
Princip rada nuklearnih elektrana
Princip rada nuklearne elektrane temelji se na radu nuklearnog (ponekad nazvanog atomskog) reaktora - posebnog dizajna u kojem se razdvajanje atoma odvija uz oslobađanje energije.
Postoje različite vrste nuklearnih reaktora:
- PHWR (poznat i kao "reaktor za tlakom pod tlakom") koristi se prvenstveno u Kanadi i gradovima u Indiji. Temelji se na vodi, čija je formula D2O. On obavlja funkciju i rashladnog sredstva i moderatora neutrona. Učinkovitost se približava 29%;
- VVER (vodeno hlađeni energetski reaktor). Trenutno, WWER-ovi rade samo u CIS-u, posebice modelu VVER-100. Reaktor ima učinkovitost od 33%;
- GCR, AGR (grafitna voda). Tekućina u takvom reaktoru djeluje kao rashladno sredstvo. U ovom dizajnu, neutronski moderator je grafit, otuda i ime. Učinkovitost je oko 40%.
Prema principu uređaja, reaktori se također dijele na:
- PWR (vodeni reaktor pod tlakom) - konstruiran je tako da voda pod određenim tlakom usporava reakciju i daje toplinu;
- BWR (projektiran tako da se para i voda nalaze u glavnom dijelu uređaja bez vodenog kruga);
- RBMK (kanalski reaktor s posebno velikim kapacitetom);
- BN (sustav radi zbog brze razmjene neutrona).
Struktura i struktura nuklearne elektrane. Kako radi nuklearna elektrana?
Tipična nuklearna elektrana sastoji se od blokova, unutar kojih se nalaze različiti tehnički uređaji. Najznačajniji od tih jedinica je kompleks s reaktorskom dvoranom koji osigurava operativnost cijele NE. Sastoji se od sljedećih uređaja:
- reaktor;
- bazena (u njoj se pohranjuje nuklearno gorivo);
- Strojevi za punjenje goriva;
- Kontrolna soba (upravljačka ploča u blokovima, uz pomoć operatera može promatrati proces nuklearne fisije).
Nakon ove zgrade slijedi hodnik. Opremljen je parnim generatorima i glavna je turbina. Neposredno iza njih nalaze se kondenzatori, kao i dalekovodi električne energije koji se protežu izvan granica teritorija.
Između ostalog, postoji jedinica s bazenima za istrošeno gorivo i posebne jedinice namijenjene hlađenju (nazivaju se rashladni tornjevi). Osim toga, za hlađenje se koriste bazeni za prskanje i prirodni spremnici.
Princip rada nuklearnih elektrana
Na svim NE bez iznimke postoje tri faze pretvorbe električne energije:
- nuklearni s prijelazom na toplinu;
- toplinski, pretvarajući se u mehaničko;
- mehanička, pretvorena u električnu.
Uran odustaje od neutrona, što dovodi do oslobađanja topline u velikim količinama. Vruća voda iz reaktora pumpa se kroz crpke preko generatora pare, gdje se ispušta izvjesna toplina, te se ponovno vraća u reaktor. Budući da je ova voda pod visokim tlakom, ona ostaje u tekućem stanju (u suvremenim VVER reaktorima oko 160 atmosfera na temperaturi od ~ 330 ° C[7]). U generatoru pare, ova se toplina prenosi u vodu drugog kruga, koji je pod znatno nižim tlakom (pola tlaka primarnog kruga i manje), pa tako vrije. Rezultirajuća para ulazi u parnu turbinu koja rotira električni generator, a zatim u kondenzator, gdje se para ohladi, kondenzira i ponovno ulazi u generator pare. Kondenzator se hladi vodom iz vanjskog otvorenog izvora vode (na primjer, u ribnjaku za hlađenje).
I prvi i drugi strujni krug su zatvoreni, što smanjuje vjerojatnost propuštanja radijacije. Dimenzije struktura primarnog kruga su minimizirane, što također smanjuje rizike zračenja. Parna turbina i kondenzator ne djeluju s vodom primarnog kruga, što olakšava popravak i smanjuje količinu radioaktivnog otpada tijekom demontaže stanice.
Zaštitni mehanizmi NPP-a
Sve nuklearne elektrane nužno su opremljene integriranim sigurnosnim sustavima, na primjer:
- lokaliziranje - ograničiti širenje štetnih tvari u slučaju nezgode koja ima za posljedicu ispuštanje zračenja;
- pružanje - služi određenu količinu energije za stabilan rad sustava;
- upravitelji - služe da osiguraju da svi zaštitni sustavi funkcioniraju normalno.
Osim toga, reaktor se može srušiti u nuždi. U tom slučaju, automatska zaštita će prekinuti lančane reakcije ako temperatura u reaktoru nastavi rasti. Ova mjera će naknadno zahtijevati ozbiljne restauratorske radove kako bi se reaktor vratio u pogon.
Nakon što se dogodila opasna nesreća na nuklearnoj elektrani Černobil, čiji se uzrok pokazao kao nesavršena konstrukcija reaktora, počeli su više pažnje posvećivati zaštitnim mjerama, te su izvršili projektne radove kako bi osigurali veću pouzdanost reaktora.
Katastrofa XXI stoljeća i njezine posljedice
U ožujku 2011. na sjeveroistoku Japana pogodio je potres koji je izazvao tsunami, koji je na kraju oštetio 4 od 6 reaktora nuklearne elektrane Fukushima-1.
Manje od dvije godine nakon tragedije, službeni broj poginulih u nesreći premašio je 1.500, dok je 20.000 još uvijek nestalo, a još 300.000 stanovnika bilo je prisiljeno napustiti svoje domove.
Bilo je žrtava koje nisu mogle napustiti mjesto događaja zbog velike doze zračenja. Za njih je organizirana trenutna evakuacija u trajanju od 2 dana.
Ipak, svake se godine poboljšavaju načini sprječavanja nesreća u nuklearnim elektranama, kao i neutralizacija izvanrednih situacija - znanost stalno napreduje. Ipak, budućnost će očigledno postati vrhunac alternativnih načina proizvodnje električne energije - osobito je logično očekivati pojavu orbitalnih solarnih ćelija velikih veličina u sljedećih 10 godina, što je sasvim moguće postići u bestežinskim uvjetima, kao i drugim tehnologijama, uključujući revolucionarne energetske tehnologije.
